coloides

COLOIDES
Los coloides son suspensiones de part´
ıculas en un medio molecular. Para que estas suspensiones
sean consideradas coloides, las part´
ıculas han de tener dimensiones en el intervalo 10 nm–10 µm.
Son sistemas ubicuos en la naturaleza y con grandes aplicaciones tecnol´gicas: la sangre (suspensi´n
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o
de gl´bulos rojos y otras part´
o
ıculas en un medio acuoso), la leche(suspensi´n de gotitas de grasa en
o
agua), los huesos, las nubes, la atm´sfera, las pinturas, las tintas, y un sinf´ de sistemas y materiales,
o
ın
biol´gicos y sint´ticos, son coloides.
o
e
La caracter´
ıstica fundamental que hace a estos sistemas interesantes es que los fen´menos de suo
perficie juegan un gran papel, debido a la enorme relaci´n entre el area y el volumen del sistema. Por
o
´ejemplo, 1 kg de esferas de pol´
ımero de di´metro 200 nm (lo que tendr´
a
ıamos en cinco litros de pintura)
2
poseen una superficie total de unos 15000 m , es decir, una enorme cantidad de interfase en el sistema.
Otra caracter´
ıstica importante de un coloide es su estabilidad, es decir, que el coloide pueda mantener un estado en el que las part´
ıculas que lo forman no se peguen entres´ (en el caso de la leche,
ı
no es bueno que se corte, esto es, que la grasa forme un cuerpo independiente del agua, o que la
sangre forme co´gulos). En contra de la estabilidad de las suspensiones coloidales est´ la gravedad,
a
a
que tiende a depositar las part´
ıculas coloidales en el fondo del recipiente que contiene al coloide, y la
tendencia que tengan las part´
ıculas a agregarsedebido a interacciones atractivas entre ellas (esta es
la raz´n por la que es tan importante entender las interacciones entre las part´
o
ıculas coloidales). Esta
ultima tendencia se puede evitar introduciendo diversos tratamientos que hacen que las part´
´
ıculas
se repelan). A favor de la estabilidad est´ el llamado movimiento browniano, al que luego volveremos.
a
Movimiento de una part´ıcula coloidal
Imaginemos una unica part´
´
ıcula coloidal en un medio l´
ıquido (Fig. 1). La part´
ıcula coloidal es lo suficientemente grande como para que se pueda hacer un tratamiento macrosc´pico de su movimiento,
o
al menos en primera aproximaci´n. El solvente se considera como un fluido continuo, y la part´
o
ıcula
coloidal hace de condici´n de contorno para este fluido. La teor´que hay que utilizar para este
o
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an´lisis es la hidrodin´mica, que pasamos a resumir. En hidrodin´mica se definen los campos de
a
a
a
velocidad, u, temperatura T y presi´n, p, que son funciones locales de la posici´n y del tiempo,
o
o
y se resuelven las ecuaciones de la hidrodin´mica, que son ecuaciones acopladas en derivadas para
ciales. Suponiendo que la temperatura y la densidad sonconstantes, la unica ecuaci´n a resolver es
´
o
la ecuaci´n de Navier-Stokes:
o
∂u
+ u · u = − p + η 2u + f
ρ
∂t
Esta ecuaci´n para la velocidad del fluido, u, no es m´s que la segunda ley de Newton aplicada al
o
a
fluido. El primer miembro es la fuerza inercial. El segundo contiene la fuerza: la fuerza hidrost´tica,
a
− p, la fuerza interna o fuerza viscosa, η 2 u, y la fuerzaexterna (cualquiera que sea, la gravedad,
por ejemplo), f . La importancia relativa de los t´rminos m´s importantes (fuerzas inercial y viscosa;
e
a
la hidrost´tica se ajusta a las anteriores seg´ n el problema) la da un par´metro, el llamado n´mero
a
u
a
u
de Reynolds, Re, que es el cociente entre la magnitud de la fuerza inercial y la magnitud de la fuerza
viscosa:
ρv0 a
Re =
η
v0 es lavelocidad t´
ıpica (por ejemplo, la velocidad de la part´
ıcula lejos de un obst´culo), a un
a
par´metro t´
a
ıpico que d´ la dimensi´n de la part´
e
o
ıcula, y η la viscosidad. Seg´ n el valor del n´ mero
u
u
de Reynolds, la soluci´n para el campo de velocidades u ser´ una u otra. Las condiciones de cono
a
torno sobre el campo de velocidades exigen que ´ste se anule sobre...